5.2 Определение производительности и мощности привода бетоносмесителей принудительного действия

Смесители принудительного действия с вертикально расположенными валами применяют для приготовления бетонных и растворных смесей практически любой подвижности и жесткости. Перемешивание компонентов происходит принудительно при круговом движении лопастей в кольцевом пространстве смесительной камеры (неподвижной чаши). Они подразделяются на роторные, планетарно-роторные и турбулентные.

Преимущество – высокое качество смеси при небольшой продолжительности смешения, высокая производительность, предотвращение комкования. Оптимальное время смешения 30 …60 с, а полный цикл – 75…120 с.

Недостатки – ограничение крупности заполнителей (до 70 мм); значительное изнашивание рабочих органов (лопастей и футеровки корпуса), обусловленное более высокой скоростью их воздействия на материал; более высокая энергоемкость и себестоимость приготовления смеси.

Из смесителей принудительного действия с вертикально расположенными смесительными валами наиболее распространены цикличные роторные смесители ввиду несложности конструкции и удобства обслуживания в эксплуатации.

Роторные смесители особенно эффективны при приготовлении жестких бетонных смесей. Смесительная камера корпус – чаша, установлена на раме, перемешивание компонентов происходит при круговом движении лопастей в кольцевом пространстве чаши (рис. 5.2.1.

Рис. 5.2.1 Схема рабочего органа Рис. 5.2.2 Схема к расчету усилий роторного смесителя действующих на лопатки смесителя

В планетарно-роторном смесителе (рис. 5.2.3) применен планетарный привод с дополнительными смешивающими лопастями, вращающимися в направлении, противоположном вращению ротора (круговому движению лопастей). В них создается высокая интенсивность протекания процесса перемешивания. Они особенно эффективны при смешивании многорецептурных смесей.

Рис. 5.2.3 Схема работы роторного Рис. 5.2.4 Схема к расчету силы трения

Бетоносмесителя с планетарным смеси о днище смесителя движением лопаток

К параметрам, характеризующим рабочий процесс смесителей и эффективность их работы, относятся: оптимальная частота вращения приводного вала, скорость движения лопастей, которая должна быть такой, чтобы осуществлялось интенсивное смешение без проявления сегретации компонентов, вызываемой излишне высокой скоростью, производительность и мощность привода машины.

Задача №1

Произвести расчет основных параметров и показателей роторного бетоносмесителя по исходным данным таблицы 5.2.1.

Таблица 5.2.1

Исходные данные

№№ вариантов	1 16	2 17	3 18	4 19	5 20	6 21	7 22	8 23	9 24	10 25	11 26	12 27	13 28	14 29	15 30
Вместимость по загрузке Vо,102, л	1 9	1,5 10	2 11	2,5 12	3 13	3,5 14	4 15	4,5 16	5 17	5,5 20	6 25	6,5 30	7 35	7,5 40	8 45
Высота слоя смеси в чаше h с 10-2, м	12 19	12 20	13 20	13 21	14 21	14 22	15 22	15 23	16 23	16 24	17 24	17 25	18 25	18 26	19 26
Полное время цикла t ц, с	75 95	75 100	75 100	80 100	80 105	80 105	80 105	85 110	85 1 110	85 110	90 115	90 115	90 115	95 120	95 120

Решение:

Расчеты начинают с определения геометрических размеров и кинематических факторов смесителя.

1. Определяем максимальный диаметр чаши (м)

__________

D_ч = √ 4V_о/ (πh_с) ,

где V_о – вместимость по загрузке, м³;

h_с – высота слоя смеси в чаше, м (табл. 5.2.1).

2. Определяем средний радиус кольцевого пространства чаши R_ср.ч и диаметр внутреннего стакана d (м)

R_ср ≈ d ≈ 0,33 D_ч.

3. Определяем частоту вращения ротора (с^-1)

____

n_р = (0,35 … 0,65)√ R_ч ,

где R_ч – радиус чаши, м.

4. Определяем среднюю окружную скорость движения лопастей, м / с

υ_ср = 2/3 (ω R_ср),

где ω – угловая скорость лопастей, с^-1, (ω = π n_р). Для роторных смесителей рациональный диапазон скоростей движения лопастей находится в интервале 2,2 … 2,6 м/с.

5. Определяем необходимую активную площадь (м²) лопастей смесительного аппарата

S_а = λV_с / υ_ср, = λV_о k_в / υ_ср

где υ_ср – средняя окружная скорость движения лопастей (на среднем радиусе чаши R_ср), м/с;

λ – критерий эффективности смешивающего аппарата. По физическому смыслу этот критерий показывает, сколько раз объем смеси, находящейся в барабане, перелопачивается за 1 с. Для роторных смесителей λ = 0,5 … 0,6 с^-1;

V_с – объем готового замеса, м³;

k_в – коэффициент выхода смеси, для бетонной смеси k_в = 0,65 … 0,70, для раствора k_в = 0,75 … 0,85;

k _и – коэффициент использования смесителя по времени k _и = 0,85 … 0,9.

6. Определяем производительность (м³/ч) роторных смесителей цикличного действия

П = V_з z ₃ k _в k _и / 1000 ,

где V_з – вместимость смесителя по загрузке л (табл. 5.2.1);

z ₃ – число замесов в час; z ₃ = 3600 / t_ц, Здесь t_ц = (t₁+ t₂+ t₃+ t₄) – полное время цикла, с (табл.5.2.1);

t₁, t₂ , t₃ , t₄ – продолжительность. соответственно, загрузки, смешения, выгрузки и закрытия затвора, с. Оптимальное время смешения t_2, = 30 … 60 с, а полный цикл – t_ц = 75…120 с;

k_в – коэффициент выхода смеси, для бетонной смеси k_в = 0,65 … 0,70, для раствора k_в = 0,75 … 0,85;

k _и – коэффициент использования смесителя по времени k _и = 0,85 … 0,9.

7. Мощность (кВт) электродвигателя привода ротора смесителя

N = р S_а R_срω / (1000 η),

где р – удельное сопротивление вращению лопастей, Па. При приготовлении строительного раствора р = 25000…30000; легких бетонов р = 20000…25000; тяжелых бетонов р = 70000…75000Па.

Контрольные вопросы:

1. Для приготовления, каких смесей применяют смесители принудительного действия?

2. Укажите основные преимущества и недостатки смесителей принудительного действия.

3. Объясните физическую сущность критерия эффективности смешивающего аппарата.

4. В чем отличие объема готового замеса и объема по загрузке смесителя?

5. Укажите рациональный диапазон скоростей движения лопастей роторных смесителей.

Список литературы:

1. Волков Д.П. Строительные машины и средства малой механизации. – М.: «Академ», 2006. – 416 с.

2. Волков Д.П., Крикун В.Я. Строительные машины. - М.: «Изд. АСВ», 2002. - 376 с.

3. Дорожно-строительные машины и комплексы. Под общ. ред. В.И. Баловнева. – Омск.: «Изд. СибАДИ», 2001. – 528 с. 4. Кудрявцев Е.М. Комплексная механизация строительства. – М.: «Изд. АСВ», 2005.–416 с. 5. Крикун В.Я. Строительные машины. – М.: «Изд. АСВ», 2005. – 314 с. 6. Домбровский Н.Г. и др. Строительные машины. – М.: «Изд. АСВ», 2002.– 528 с. 7. «Современная техника в строительстве». Журнал. – № 1– 12, 2006, 2007 гг.